工程科学学报，第44卷，第X期 分考虑耙架剪切对浓密性能的影响，将絮团直径 变化程度和絮团直径变化速率引入现代脱水理论. Compaction area 3尾砂浓密研究手段 Settlement area ! 尾砂浓密过程主要采用物理模拟实验结合相 应观测手段进行研究.物理模拟实验以尾砂絮凝 P!OS 0 B-W mode 沉降为主线，不断完善物理模型的内部结构，力求 C-C model (0 Merger theory 对于浓密机结构的真实还原，伴随物理模型的不 Feed concentration ......Gel concentration 断发展，浓密过程的观测手段也不断更新，由取样 Solid particle volume fraction/% 观测发展为在线观测，由间断测量发展为连续测量 图4C-C理论与B-W理论合并曲线 此外，浓密机内部流场特性和尾砂颗粒的运 Fig.4 Combination curves of C-C and B-W theories 动规律对尾砂浓密效果也具有重要影响.但受到 的变化规律，提出了以传统水力曳力（干涉沉降系 测量手段的限制，浓密机内部流场和颗粒运动轨 数)为基础的高浓度床层流变力学表征理论 迹成为研究难点.数值模拟技术利用计算机实现 Betancourt等47刃、Parsapour等s】在数据处理的方法 对浓密机内部复杂流场和颗粒运动轨迹的可视 和数学模型的建立等方面进行探索，进一步完善 化，进行定性和定量分析，是研究尾砂浓密过程的 了沉降压缩特性的优化与控制理论.Landman等9 有效方法 和Usher等Bso1建立了稳态连续浓密模型，从而使 3.1物理试验及其观测手段 得对于浓密机行为的预测超出传统C-C理论和 尾砂浓密的物理模拟实验方法主要包括静态 Kynch理论的范畴，对高浓度区域的脱水也有了表 沉降实验、小型浓密实验、半工业浓密实验等，如 征方法.之后，Usher等so提出了剪切致密理论，充 图5所示 a) (c) Mixing tube Agitato Flocculant solution Flocculant feed pipe Mixing drum Feed Peristaltic pipe pump 图5尾砂浓密物理实验装置.(a)静态沉降实验：(b)小型浓密实验：(c)半工业浓密实验 Fig.5 Physical experimental device for tailings thickening:(a)static settlement experiment;(b)small dense experiment;(c)semi-industrial dense experiment 静态沉降实验一般采用量筒对絮凝尾砂浆进 和工艺参数的优化.例如，王勇等刚根据尾砂物 行静态沉降，得到沉降高度的变化曲线，计算絮凝 理特性计算出所需的深锥浓密机高径比，以此高 沉降速度.静态沉降实验作为尾砂浓密的一种基 径比为基准，建立一种基于高径比的深锥浓密机 础研究方法，与实际尾砂浓密的过程具有较大差异 底流浓度数学模型，指导浓密机高径比的确定.尹 小型浓密实验是根据相似原理，将工业浓密 升华和王勇通过动态沉降实验，发现不同压密 机进行缩小，建立具有入料口、耙架和锥形底部等 时间下，底流浓度随泥层高度的变化规律不同.吴 关键结构的小型浓密机模型.对浓密机内部的尾 爱祥等5)采用自制尾砂浓密装置，探究了导水杆 砂浓密过程进行模拟，能够实现浓密机结构参数 数量和排列方式对尾砂浓密的影响，研究结果对的变化规律，提出了以传统水力曳力（干涉沉降系 数 ）为基础的高浓度床层流变力学表征理论 . Betancourt 等[47]、Parsapour 等[48] 在数据处理的方法 和数学模型的建立等方面进行探索，进一步完善 了沉降压缩特性的优化与控制理论. Landman 等[49] 和 Usher 等[50] 建立了稳态连续浓密模型，从而使 得对于浓密机行为的预测超出传统 C−C 理论和 Kynch 理论的范畴，对高浓度区域的脱水也有了表 征方法. 之后，Usher 等[50] 提出了剪切致密理论，充 分考虑耙架剪切对浓密性能的影响，将絮团直径 变化程度和絮团直径变化速率引入现代脱水理论. 3    尾砂浓密研究手段 尾砂浓密过程主要采用物理模拟实验结合相 应观测手段进行研究. 物理模拟实验以尾砂絮凝 沉降为主线，不断完善物理模型的内部结构，力求 对于浓密机结构的真实还原. 伴随物理模型的不 断发展，浓密过程的观测手段也不断更新，由取样 观测发展为在线观测，由间断测量发展为连续测量. 此外，浓密机内部流场特性和尾砂颗粒的运 动规律对尾砂浓密效果也具有重要影响. 但受到 测量手段的限制，浓密机内部流场和颗粒运动轨 迹成为研究难点. 数值模拟技术利用计算机实现 对浓密机内部复杂流场和颗粒运动轨迹的可视 化，进行定性和定量分析，是研究尾砂浓密过程的 有效方法. 3.1    物理试验及其观测手段 尾砂浓密的物理模拟实验方法主要包括静态 沉降实验、小型浓密实验、半工业浓密实验等，如 图 5 所示. (a) (b) Agitator Mixing tube Flocculant solution Feed Flocculant feed pipe slurry Mixing drum Feed pipe Peristaltic pump (c) 图 5    尾砂浓密物理实验装置. （a）静态沉降实验；（b）小型浓密实验；（c）半工业浓密实验 Fig.5     Physical  experimental  device  for  tailings  thickening:  (a)  static  settlement  experiment;  (b)  small  dense  experiment;  (c)  semi-industrial  dense experiment 静态沉降实验一般采用量筒对絮凝尾砂浆进 行静态沉降，得到沉降高度的变化曲线，计算絮凝 沉降速度. 静态沉降实验作为尾砂浓密的一种基 础研究方法，与实际尾砂浓密的过程具有较大差异. 小型浓密实验是根据相似原理，将工业浓密 机进行缩小，建立具有入料口、耙架和锥形底部等 关键结构的小型浓密机模型. 对浓密机内部的尾 砂浓密过程进行模拟，能够实现浓密机结构参数 和工艺参数的优化. 例如，王勇等[51] 根据尾砂物 理特性计算出所需的深锥浓密机高径比，以此高 径比为基准，建立一种基于高径比的深锥浓密机 底流浓度数学模型，指导浓密机高径比的确定. 尹 升华和王勇[52] 通过动态沉降实验，发现不同压密 时间下，底流浓度随泥层高度的变化规律不同. 吴 爱祥等[53] 采用自制尾砂浓密装置，探究了导水杆 数量和排列方式对尾砂浓密的影响，研究结果对 Compaction area Settlement area B−W model C−C model Merger theory Feed concentration Gel concentration Solid particle volume fraction/% Solid flux/(kg·m−2·h−1 ) 图 4    C−C 理论与 B−W 理论合并曲线 Fig.4    Combination curves of C−C and B−W theories · 6 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期